無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)配置問題研究.pdf

1、由傳感器、微處理器和無線通信接口組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensor Network)是采用全新的信息獲取和處理技術(shù)組成的新型網(wǎng)絡(luò)。它廣闊的應(yīng)用前景使得它在醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測和軍事領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展。目前有關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)配置，即通過一定的算法部署各種結(jié)點(diǎn)，優(yōu)化現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，以期網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用中利用率最大或單個(gè)任務(wù)消耗量最小。它是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)基

2、本問題，決定著傳感器監(jiān)測物理空間的效果，影響傳感器網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。針對這些，研究尚存在許多有待深入和擴(kuò)展的領(lǐng)域，如何設(shè)計(jì)專門的算法來更好地解決結(jié)點(diǎn)配置成為研究的熱點(diǎn)問題。本文將圍繞這一主題，密切結(jié)合特定應(yīng)用背景，在優(yōu)化覆蓋和節(jié)能等結(jié)點(diǎn)配置的核心問題上展開研究。論文中的工作包括以下幾個(gè)方面： (1)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，概率覆蓋模型能夠比二元覆蓋模型更加準(zhǔn)確地反映網(wǎng)絡(luò)的覆蓋狀況。本文研究了基于一種更為實(shí)用化概率檢測模型(引入x％-R

3、S的概念)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化配置問題。在嚴(yán)格確保無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通性的條件下，優(yōu)化了傳感器結(jié)點(diǎn)配置數(shù)目并達(dá)到要求的覆蓋度，獲得具體的傳感器結(jié)點(diǎn)配置方案。為提高算法的效率，在分步優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上嘗試一次循環(huán)配置多個(gè)傳感器結(jié)點(diǎn)。最后，通過模擬計(jì)算給出配置算法的性能。 (2)為實(shí)現(xiàn)傳感器結(jié)點(diǎn)的配置，隨機(jī)散布方式被廣泛地采用。這里主要研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)隨機(jī)配置方式下的完全覆蓋和連通問題。通過對網(wǎng)絡(luò)完全覆蓋和連通的分析，給出完

4、全覆蓋概率、檢測半徑和結(jié)點(diǎn)數(shù)目之間的定量關(guān)系；分析了參數(shù)對配置的影響，對比高斯分布和均勻分布的配置特性，以指導(dǎo)傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)部署。提出了完全覆蓋徑向連通的配置方案來優(yōu)化傳感器結(jié)點(diǎn)數(shù)目，從而降低網(wǎng)絡(luò)的配置代價(jià)。利用模擬仿真試驗(yàn)來評定結(jié)論。 (3)兩層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)框架在實(shí)際的應(yīng)用中越來越多地被采用，本文研究了基于兩層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)框架的網(wǎng)絡(luò)最大生命期優(yōu)化配置問題。網(wǎng)絡(luò)由兩類結(jié)點(diǎn)組成：傳感器結(jié)點(diǎn)(具有初始能量e<,0>)和簇頭

5、結(jié)點(diǎn)(具有初始能量e<,1>)，傳感器結(jié)點(diǎn)用來監(jiān)測周圍環(huán)境，簇頭結(jié)點(diǎn)用來確保傳感器結(jié)點(diǎn)和sink結(jié)點(diǎn)之間的連通。根據(jù)傳感器各結(jié)點(diǎn)配置位置和數(shù)據(jù)率，采用分步優(yōu)化的策略實(shí)現(xiàn)對簇頭結(jié)點(diǎn)優(yōu)化配置：首先，采用分簇方式將覆蓋地區(qū)劃分成許多子區(qū)域或簇：然后，在組內(nèi)確定簇頭結(jié)點(diǎn)的位置；最后，用動態(tài)調(diào)整機(jī)制充分地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)生存期。大量仿真結(jié)果表明，該方法算法具有良好的生命期優(yōu)化效果。 (4)能量有限是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)之一，在數(shù)據(jù)的收集過程中